KR100892099B1 - Method of preparing electrocatalysts for fuel cells and electrocatalysts thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지용 전극촉매의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극촉매에 관한 것으로, 특히 홀(hole)을 구비하는 타이타늄 다이옥사이드 지지체에 백금 촉매를 담지한 전극촉매를 형성하여 백금의 사용량을 줄이고 전극촉매의 성능지속 시간을 향상시킬 수 있는 연료전지용 전극촉매의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an electrode catalyst for a fuel cell, and an electrode catalyst prepared thereby. In particular, an electrode catalyst carrying a platinum catalyst is formed on a titanium dioxide support having a hole, thereby reducing the amount of platinum used and the electrode catalyst. The present invention relates to a method for producing an electrode catalyst for a fuel cell, and an electrode catalyst produced thereby.
연료전지(Fuel Cell)란 전기화학 반응에 의하여 연료가 갖고 있는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 발전장치이다. 따라서, 열기관이 갖는 열역학적인 제한(Carnot 효율)을 받지 않기 때문에 기존의 발전장치보다 발전효율이 높고, 무공해 및 무소음으로 환경문제가 거의 없으며 다양한 용량으로 제작이 가능하다. 또한, 상기 연료전지는 전력 수요지 내에 용이하게 설치하여 송변전 설비를 절감할 수 있는 등 전력계통의 운영 측면에서도 기대가 큰 첨단기술이다.A fuel cell is a power generator that directly converts chemical energy of a fuel into electrical energy by an electrochemical reaction. Therefore, since it does not receive the thermodynamic limitations (Carnot efficiency) of the heat engine, the power generation efficiency is higher than that of the existing power generation apparatus, and there are almost no environmental problems with no pollution and noise, and it can be manufactured in various capacities. In addition, the fuel cell is a state-of-the-art technology with high expectations in terms of operation of the power system, such as easily installed in the power demand site to reduce the transmission and transmission facilities.
연료전지는 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC), 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체산화물형 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 고분자전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)와 같이 나눌 수 있다. 상기 연료전지들 중에서, 고분자 전해질형 연료전지((PEMFC)는 수소가스를 직접 연료로 사용하는 수소 이온 교환막 연료전지(Photon Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)와 액상의 메탄올을 직접 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)로 세분할 수 있다.Fuel cells include Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Alkaline Fuel Cell (AFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (Solid Oxide) Fuel Cell, SOFC), and Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC). Among the fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is a direct ion fuel cell using a hydrogen ion fuel cell (Photon Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) and a liquid methanol directly. It can be subdivided into fuel cells (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC).
상기 이온 교환막 연료전지(PEMFC)에 대한 기술에 있어서, 입자가 매우 작은 전극촉매는 전도성 카본에 담지하고, 액상 나피온(Nafion; perfluorinated membrane) 폴리머 전해질을 함침(impregnation)시킨 다음 건조하여 나피온 막(nafion membrane)을 형성한다. In the technology for the ion exchange membrane fuel cell (PEMFC), the electrode catalyst having a very small particle is supported on the conductive carbon, impregnated with a liquid Nafion (perfluorinated membrane) polymer electrolyte, and then dried to dry the Nafion membrane. (nafion membrane) is formed.
상기 이온 교환막 연료전지(PEMFC)에 대한 기술의 일 예가 하기 문헌 1(전기분해용 전극 및 이의 제조방법)에 개시되어 있다.An example of a technology for the ion exchange membrane fuel cell (PEMFC) is disclosed in the following document 1 (electrolysis electrode and its manufacturing method).
하기 문헌 1에 의한 제조방법은 타이타늄으로 이루어진 전도성 모체를 끓는 옥살산 용액으로 세척하여 건조시키는 전치리 단계, Ru, Sn, Ir, Pt 및 Pb로 구성된 귀금속류의 염화물 1종 또는 2종을 염산용매에 녹인 다음, 분산용매에 혼합하여 패복용액을 제조하는 단계 및 전처리된 전도성 모체를 상기 피복용액에 담지시킨 후 건조한 다음 300℃ 이상의 가열로에서 소결하는 단계를 포함하며, 이러한 방법으로 제조된 전극은 티타늄 모체에 Ru, Sn, Ir, Pt 및 Pb로 구성된 귀금속류의 염 화물이 1종 또는 2종 피복되어 이루어진 구조를 가진다.In the preparation method according to the following document 1, a pre-treatment step of washing and drying a conductive matrix made of titanium with a boiling oxalic acid solution, and dissolving one or two chlorides of noble metals composed of Ru, Sn, Ir, Pt and Pb in a hydrochloric acid solvent Next, the method includes preparing a patch solution by mixing in a dispersion solvent, and supporting the pretreated conductive matrix in the coating solution, followed by drying, followed by sintering in a heating furnace of 300 ° C. or higher. The matrix has a structure in which one or two kinds of chlorides of noble metals composed of Ru, Sn, Ir, Pt, and Pb are coated.
한편, 타이타늄을 이용하는 대신에 실리카 또는 알루미늄을 이용하는 전극촉매에 관한 기술의 일 예가 하기 문헌 2(연료전지용 촉매의 제조방법 및 연료전지용 촉매)에 개시되어 있다.On the other hand, an example of a technique related to an electrode catalyst using silica or aluminum instead of using titanium is disclosed in Document 2 (a method for producing a fuel cell catalyst and a fuel cell catalyst).
하기 문헌 2에 개시된 연료전지용 촉매의 제조방법 및 연료전지용 촉매는 나노틀에 촉매용 금속을 담지하여 연료전지용 촉매를 제조하고, 촉매용 금속이 나노 입자 크기로 규칙적이고 다분산되어, 고가인 촉매용 금속의 사용량을 줄여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 제조방법을 제공한다. 또한, 하기 문헌 2에 개시된 촉매는 산화-환원 활성 전류밀도가 월등히 높은 전기화학적 특성으로 인하여 연료전지의 효율 및 성능을 향상시킨다.The method for preparing a catalyst for a fuel cell and the catalyst for a fuel cell disclosed in Document 2 below produce a catalyst for a fuel cell by carrying a catalyst metal on a nano-frame, and the catalyst metal is regularly and polydispersed to nanoparticle size, thereby making it expensive. It provides a manufacturing method that can improve the price competitiveness by reducing the amount of metal used. In addition, the catalyst disclosed in Document 2 improves the efficiency and performance of the fuel cell due to the electrochemical characteristics of the oxidation-reduction active current density is very high.
[문헌 1] 대한민국 공개특허공보 특1998-0009525 (1998.04.30 공개)[Document 1] Korean Unexamined Patent Publication No. 1998-0009525 (published Apr. 30, 1998)
[문헌 2] 대한민국 등록특허공보 제 10-0489215 (2005.05.17 공고)[Document 2] Republic of Korea Patent Publication No. 10-0489215 (2005.05.17 announcement)
그러나, 상기 나피온 막이 형성된 전극촉매를 사용하는 기술에서 나피온 막은 다공성 촉매의 미세기공을 막고, 지지체와 촉매가 분리되어 전극촉매의 성능을 저하시킨다는 문제가 있다.However, in the technique using the electrode catalyst having the Nafion membrane formed there is a problem that the Nafion membrane prevents the micropores of the porous catalyst, the support and the catalyst is separated to reduce the performance of the electrode catalyst.
또한, 상기 문헌 1에 개시된 기술에 있어서는 상대적으로 낮은 온도에서 소결을 여러번 수행하여 공정이 복잡하다는 문제가 있다.In addition, in the technique disclosed in Document 1, there is a problem that the process is complicated by performing sintering several times at a relatively low temperature.
또한, 상기 문헌 2에 개시된 기술에 있어서는 탄소 구형지지체의 표면적이 좁아 전극촉매의 효율을 저하시키는 문제가 있다.In addition, in the technique disclosed in Document 2, there is a problem that the surface area of the carbon spherical support is narrow, which lowers the efficiency of the electrode catalyst.
따라서 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지지체인 카본을 홀(hole)을 구비하는 구형의 전도성 타이타늄으로 대체함으로써, 장시간 운전시 전극내에서 발생되는 지지체와 촉매의 분리를 막을 수 있는 연료전지용 전극촉매의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극촉매를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems described above, and by replacing carbon as a support with spherical conductive titanium having holes, separation of the support and the catalyst generated in the electrode during long time operation Disclosed is a method of manufacturing an electrode catalyst for a fuel cell that can be prevented, and an electrode catalyst produced thereby.
본 발명의 다른 목적은 상대적으로 높은 온도에서 소결하여 전극촉매의 제조공정을 줄일 수 있고, 백금 사용량을 줄일 수 있으며, 전극촉매의 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지용 전극촉매의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극촉매를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to reduce the production process of the electrode catalyst by sintering at a relatively high temperature, to reduce the amount of platinum used, and to manufacture a method for producing a fuel cell electrode catalyst for improving the performance of the electrode catalyst and To provide an electrocatalyst.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1의 특징은, 연료전지용 전극촉매 의 제조방법에 있어서, 구형의 고분자를 합성하는 단계, 상기 고분자를 혼합용액에 첨가하는 단계, 상기 고분자가 첨가된 혼합용액에 Ti(SO4)2용액을 혼합하여 홀(Hole)을 구비하는 타이타늄 다이옥사이드(Titanium Dioxide) 지지체를 형성하는 단계 및 상기 타이타늄 다이옥사이드 지지체에 백금(Pt) 촉매를 담지하여 전극촉매를 형성하는 단계를 포함하는 것이다.In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is a method for producing an electrode catalyst for a fuel cell, comprising: synthesizing a spherical polymer, adding the polymer to a mixed solution, and a mixed solution to which the polymer is added. Mixing a Ti (SO 4 ) 2 solution to form a titanium dioxide support having a hole and supporting a platinum catalyst on the titanium dioxide support to form an electrode catalyst; It is to include.
본 발명의 제 2의 특징은 제 1의 특징에 있어서, 상기 구형의 고분자를 합성하는 단계는 증류수에 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate)를 첨가한 용액을 교반하는 단계 및 상기 용액에 스티렌(styrene) 및 메타크릴산(methacrylic acid)을 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는 것이다.According to a second aspect of the present invention, the step of synthesizing the spherical polymer comprises the steps of stirring a solution in which potassium persulfate is added to distilled water and styrene and styrene in the solution. It includes the step of reacting by adding methacrylic acid (methacrylic acid).
본 발명의 제 3의 특징은 제 2의 특징에 있어서, 상기 용액에 스티렌(styrene) 및 메타크릴산(methacrylic acid)을 첨가하여 반응시키는 단계는 질소 분위기에서 이루어지는 것이다.According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the step of reacting by adding styrene and methacrylic acid to the solution is carried out in a nitrogen atmosphere.
본 발명의 제 4의 특징은 제 1의 특징에 있어서, 상기 고분자를 혼합용액에 첨가하는 단계에서 상기 혼합용액은 증류수, 염산 및 세티트리메틸암모늄 클로라이드(cetytrimethylammonium chloride)를 첨가하여 형성되는 것이다.In a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, in the step of adding the polymer to the mixed solution, the mixed solution is formed by adding distilled water, hydrochloric acid, and cetytrimethylammonium chloride.
본 발명의 제 5의 특징은 제 1의 특징에 있어서, 상기 혼합용액에 Ti(SO4)2용액을 적하시켜 홀(Hole)을 구비하는 타이타늄 다이옥사이드(Titanium Dioxide) 지지체를 형성하는 단계는 상기 Ti(SO4)2용액을 적하시킨 혼합용액을 고체시료로 형성하는 단계 및 상기 고체시료를 소성하는 단계를 포함하는 것이다.In a fifth aspect of the present invention, the Ti (SO 4 ) 2 solution is added dropwise to the mixed solution to form a titanium dioxide support having a hole. And forming a mixed solution in which the (SO 4 ) 2 solution is dropped into a solid sample and calcining the solid sample.
본 발명의 제 6의 특징은 제 5의 특징에 있어서, 상기 고체시료를 소성하는 단계는 600℃ 내지 800℃의 온도범위에서 이루어지는 것이다. A sixth aspect of the present invention is the fifth aspect, wherein the firing of the solid sample is performed in a temperature range of 600 ° C to 800 ° C.
본 발명의 제 7의 특징은 제 1의 특징에 있어서, 상기 타이타늄 다이옥사이드 지지체에 백금(Pt) 촉매를 담지하여 전극촉매를 형성하는 단계에서 형성된 전극촉매는 백금의 무게비율이 20wt% 내지 60 wt%인 것이다.According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect, the electrode catalyst formed in the step of forming an electrode catalyst by supporting a platinum (Pt) catalyst on the titanium dioxide support has a weight ratio of 20 wt% to 60 wt% of platinum. It is
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 8의 특징은 연료전지용 전극촉매에 있어서, 구형의 고분자와 상기 구형의 고분자 상에 형성된 타이타늄 다이옥사이드(TiO2)를 구비하는 타이타늄 다이옥사이드(TiO2) 지지체 및 상기 타이타늄 다이옥사이드(TiO2) 지지체에 담지된 백금(Pt) 촉매를 포함하는 것이다.In order to achieve the above object, an eighth feature of the present invention is a titanium dioxide (TiO 2 ) support having a spherical polymer and titanium dioxide (TiO 2 ) formed on the spherical polymer in an electrode catalyst for a fuel cell. It includes a platinum (Pt) catalyst supported on a titanium dioxide (TiO 2 ) support.
본 발명의 제 9의 특징은 제 8의 특징에 있어서, 상기 구형의 고분자는 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate), 스티렌(styrene) 및 메타크릴산(methacrylic acid)를 반응시켜 형성된 것이다.A ninth feature of the present invention is the eighth feature, wherein the spherical polymer is formed by reacting potassium persulfate, styrene, and methacrylic acid.
본 발명의 제 10의 특징은 제 8의 특징에 있어서, 상기 타이타늄 다이옥사이드(TiO2) 지지체에 담지된 백금(Pt) 촉매의 무게비율은 20wt% 내지 60 wt%인 것이다.A tenth feature of the present invention is the eighth feature, wherein the weight ratio of the platinum (Pt) catalyst supported on the titanium dioxide (TiO 2 ) support is 20wt% to 60wt%.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 전극촉매의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극촉매에 의하면, 전극내에서 발생되는 지지체와 촉매의 분리를 막 을 수 있는 효과가 얻어진다. As described above, according to the method for producing an electrode catalyst for a fuel cell according to the present invention and the electrode catalyst prepared thereby, the effect of preventing separation of the support and the catalyst generated in the electrode is obtained.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 전극촉매의 제조방법 및 그에 의해 제조된 전극촉매에 의하면, 상대적으로 높은 온도에서 소결하여 전극촉매의 제조공정을 줄일 수 있고, 백금 사용량을 줄일 수 있으며, 전극촉매의 성능을 향상시킬 수 있다는 효과도 얻어진다. In addition, according to the method for manufacturing an electrode catalyst for a fuel cell according to the present invention and the electrode catalyst prepared thereby, the manufacturing process of the electrode catalyst can be reduced by sintering at a relatively high temperature, and the amount of platinum used can be reduced. The effect of improving performance is also obtained.
본 발명에 대해 간략하게 설명하자면, 본 발명은 홀을 구비하는 타이타늄 옥사이드 지지체에 백금 촉매를 담지하여 전극촉매를 형성한다. Briefly describing the present invention, the present invention forms an electrode catalyst by supporting a platinum catalyst on a titanium oxide support having holes.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 전극촉매를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode catalyst for a fuel cell according to the present invention.
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전극촉매를 제조하기 위하여 먼저 구형의 고분자를 합성한다(S11). 상기 합성된 고분자를 증류수, 염산 및 세티트리메틸암모늄 클로라이드(cetytrimethylammonium chloride)를 혼합한 용액에 첨가한다(S12). As shown in FIG. 1, first, a spherical polymer is synthesized to manufacture an electrode catalyst for a fuel cell according to an embodiment of the present invention (S11). The synthesized polymer is added to a mixed solution of distilled water, hydrochloric acid and cetytrimethylammonium chloride (S12).
다음으로, 상기 고분자가 첨가된 혼합용액에 Ti(SO4)2 용액을 혼합하여 홀을 구비하는 타이타늄 다이옥사이드(Titanium dioxide; TiO2) 지지체를 형성하고(S13), 상기 타이타늄 다이옥사이드(TiO2) 지지체에 백금 촉매를 담지하여 전극촉매를 형성한다(S14).Next, a Ti (SO 4 ) 2 solution is mixed with the mixed solution to which the polymer is added to form a titanium dioxide (TiO 2 ) support having holes (S13), and the titanium dioxide (TiO 2 ) support The platinum catalyst is supported to form an electrode catalyst (S14).
이하, 본 발명의 실시예에 따라 연료전지용 전극촉매의 제조방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an electrode catalyst for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
<< 제조예Production Example 1> 구형인 고분자 제조 1> Manufacture of spherical polymer
속이 빈 구형인 타이타늄 다이옥사이드(TiO2)에 백금(Pt) 촉매가 담지된 전극촉매를 제조하기 위해서 우선 구형인 고분자를 합성하였다. 상기 구형의 고분자는 증류수 160ml에 0.2g의 포탄슘 퍼설페이트(potassium persulfate)를 첨가한 용액을 80℃의 온도로 유지하면서 300rpm(revolutions per minute)으로 교반한다. 상기 용액에 54ml의 스티렌(styrene)과 2ml의 메타크릴산(methacrylic acid)을 넣고 질소 분위기에서 24시간 동안 반응시켜 합성되었다. A spherical polymer was first synthesized in order to prepare an electrode catalyst in which a platinum (Pt) catalyst was supported on a hollow spherical titanium dioxide (TiO 2 ). The spherical polymer is stirred at 300 rpm (revolutions per minute) while maintaining a solution of 0.2 g of potassium persulfate added to 160 ml of distilled water at a temperature of 80 ° C. 54 ml of styrene and 2 ml of methacrylic acid were added to the solution to react for 24 hours in a nitrogen atmosphere.
<< 제조예Production Example 2> 속이 빈 구형인 2> hollow sphere TiOTiO 22 촉매 제조 Catalyst manufacturing
타이타늄 다이옥사이드(TiO2)의 전구체로는 Ti(SO4)2용액을 사용하였다. 함침 방법은 0.07g의 구형인 고분자를 32ml의 증류수, 0.8ml의 염산 및 1.98ml의 세티트리메틸암모늄 클로라이드(cetytrimethylammonium chloride)을 혼합한 용액에 첨가하고, 초음파로 약 30분 동안 분산시킨 후에 Ti(SO4)2용액의 0.18ml을 상기 용액에 적하시켰다.As a precursor of titanium dioxide (TiO 2 ), a Ti (SO 4 ) 2 solution was used. The impregnation method adds 0.07 g of a spherical polymer to a mixed solution of 32 ml of distilled water, 0.8 ml of hydrochloric acid, and 1.98 ml of cetytrimethylammonium chloride, and disperses with ultrasound for about 30 minutes, followed by Ti (SO 4 ) 0.18 ml of 2 solution was added dropwise to the solution.
상기 Ti(SO4)2용액을 적하시킨 혼합용액을 약 70℃의 온도에서 12시간 숙성시킨 후 상온으로 냉각시키고, 원심분리한 후에 고체 시료를 얻었다. 그리고, 상기 고체 시료를 600℃ 내지 800℃(1℃/min)의 온도범위에서 4시간정도 소성시킴으로써, 속이 빈 구형인 타이타늄 다이옥사이드(TiO2) 지지체가 제조된다.The mixed solution in which the Ti (SO 4 ) 2 solution was added dropwise was aged at a temperature of about 70 ° C. for 12 hours, cooled to room temperature, and centrifuged to obtain a solid sample. And, by firing the solid sample in the temperature range of 600 ℃ to 800 ℃ (1 ℃ / min) for about 4 hours, a hollow titanium dioxide (TiO 2 ) support is prepared.
상기에서 제조된 속이 빈 구형인 타이타늄 다이옥사이드(TiO2) 지지체에 무게비율이 20wt% 내지 60wt%의 범위의 백금(Pt) 촉매를 담지하여 전극촉매를 제조하였다. 이 경우, 백극(Pt)은 H2PtCl6용액을 전구체로 하여 형성되었다. An electrode catalyst was prepared by supporting a platinum (Pt) catalyst having a weight ratio of 20 wt% to 60 wt% on a hollow spherical titanium dioxide (TiO 2 ) support prepared above. In this case, the white electrode Pt was formed using the H 2 PtCl 6 solution as a precursor.
<< 실험예Experimental Example 1> 속이 빈 구형의 1> hollow sphere TiOTiO 22 지지체의 분석 실험 Assay of Support
상기 <제조예 2>에서 제조된 전극촉매의 외형을 분석하기 위하여 SEM을 이용하여 실시하였다.In order to analyze the external appearance of the electrode catalyst prepared in Preparation Example 2 was carried out using a SEM.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 타이타늄 다이옥사이드 지지체의 구조를 600℃ 및 800℃의 온도에서 소성하여 보여주는 그래프들이다.2a and 2b are graphs showing the structure of the titanium dioxide support according to the present invention by firing at a temperature of 600 ℃ and 800 ℃, respectively.
도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, <제조예 2>에서 형성된 타이타늄 다이 옥사이드(TiO2) 지지체는 일정한 형태를 나타내고 있으며, 홀이 형성된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 타이타늄 다이옥사이드 지지체에 백금 촉매를 담지한 전극 촉매는 전극내에서 프로톤(proton)의 이동이 활발하며, 나피온(Nafion)과 같은 바인더에 의한 홀의 막힘이 줄어들어서 촉매의 반응 빈도가 향상될 것이다. 또한, 백금(Pt)의 사용량을 줄일 수 있다.As shown in FIG. 2A and FIG. 2B, the titanium dioxide (TiO 2 ) support formed in <Production Example 2> has a certain shape, and it can be seen that holes are formed. Therefore, the electrode catalyst supporting the platinum catalyst on the titanium dioxide support has a proton movement in the electrode, and the blockage of holes by a binder such as Nafion is reduced, so that the reaction frequency of the catalyst can be improved. will be. In addition, the amount of platinum Pt used can be reduced.
<< 실험예Experimental Example 2> 속이 빈 구형 2> hollow sphere PtPt /Of TiOTiO 22 전극촉매의 성능 비교 Performance Comparison of Electrocatalysts
<실시예 2>에서 제조된 속이 빈 구형 타이타늄 다이옥사이드(TiO2)에 백금(Pt) 촉매가 담지된 전극촉매의 성능을 평가하기 위한 전류-전압에 대한 데이터를 측정하였다. Data on current-voltage for evaluating the performance of the electrode catalyst in which the platinum (Pt) catalyst was loaded on the hollow spherical titanium dioxide (TiO 2 ) prepared in Example 2 were measured.
도 3은 본 발명에 따른 백금 담지량의 무게비율을 달리한 전극촉매의 전류-전압 성능을 비교한 그래프이다. 3 is a graph comparing current-voltage performance of electrode catalysts having different weight ratios of platinum loading according to the present invention.
도 3에서 도시한 바와 같이, 참조번호 31, 참조번호 32 및 참조번호 33의 데이터들의 각각은 백금(Pt)/타이타늄 다이옥사이드(TiO2)의 무게비율을 변화시켜 전극촉매의 성능을 평가한 결과이다. 참조번호 31의 데이터는 백금(Pt)/타이타늄 다이옥사이드(TiO2)의 무게비율이 20wt%/80wt% 이고, 참조번호 32의 데이터는 백금(Pt)/타이타늄 다이옥사이드(TiO2)의 무게비율이 40wt%/60wt% 이며, 참조번호 33의 데이터는 백금(Pt)/타이타늄 다이옥사이드(TiO2)의 무게비율이 60wt%/40wt% 이 다. 백금(Pt)/타이타늄 다이옥사이드(TiO2)의 무게비율이 20wt%/80wt%인 전극촉매는 60wt%/40wt% 인 전극촉매보다 피크(peak)에서 전류밀도(current density·cm-2)가 약 1.5 배 높은 것으로 나타났다. As shown in FIG. 3, each of the data of the
도 4는 본 발명에 따른 전극촉매의 전류발생 지속시간을 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing the current generation duration of the electrode catalyst according to the present invention.
도 4에서 도시한 바와 같이, 백금(Pt)/타이타늄 다이옥사이드(TiO2)의 무게비율이 60wt%/40wt%인 전극촉매의 시간에 대한 전류밀도의 변화를 관찰한 것이다. 초기 20분 정도는 전류밀도가 불안정하였으나, 시간이 경과함에 따라 안정한 상태를 지속적으로 유지하는 것이 관찰되었다. 결과적으로, 홀을 구비하는 구형의 타이타늄 다이옥사이드 지지체를 사용함으로써 백금의 사용을 줄일 수 있고, 전극내에서 오랫동안 촉매가 분리되지 않고 프로톤을 지속적으로 발생시킬 수 있다.As shown in FIG. 4, the change in current density over time of the electrode catalyst having a weight ratio of platinum (Pt) / titanium dioxide (TiO 2 ) of 60 wt% / 40 wt% was observed. Although the current density was unstable for the first 20 minutes, it was observed to maintain a stable state over time. As a result, by using a spherical titanium dioxide support having holes, the use of platinum can be reduced, and protons can be continuously generated without separating the catalyst in the electrode for a long time.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.
본 발명은 연료전지용 전극촉매의 제조방법을 제공하고, 그에 의해 제조된 전극촉매에 관한 기술이다. 그 응용 분야로는 무공해 및 무소음으로 환경문제를 줄 일 수 있는 연료전지를 다양한 용량으로 생산할 수 있고, 전력 수요지 내에 설치가 용이하여 송변전 설비를 절감할 수 있는 등 전력계통에서 이용할 수 있는 것을 들 수 있다. The present invention provides a method for producing an electrocatalyst for a fuel cell, and a technique related to the electrocatalyst produced thereby. Its application fields include those that can be used in the power system, such as fuel cells that can reduce environmental problems with no pollution and noise, and can be installed in various capacity. Can be.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 전극촉매를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도.1 is a flow chart illustrating a method for manufacturing an electrode catalyst for a fuel cell according to the present invention.
도 2a는 본 발명에 따른 타이타늄 다이옥사이드 지지체의 구조를 600℃의 온도에서 소성하여 보여주는 사진.Figure 2a is a photograph showing the structure of the titanium dioxide support according to the invention by firing at a temperature of 600 ℃.
도 2b는 본 발명에 따른 타이타늄 다이옥사이드 지지체의 구조를 800℃의 온도에서 소성하여 보여주는 사진.Figure 2b is a photograph showing the structure of the titanium dioxide support according to the invention by firing at a temperature of 800 ℃.
도 3은 본 발명에 따른 백금 담지량의 무게비율을 달리한 전극촉매의 전류-전압 성능을 비교한 그래프.Figure 3 is a graph comparing the current-voltage performance of the electrode catalyst with different weight ratio of the platinum loading according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 전극촉매의 전류발생 지속시간을 보여주는 그래프.4 is a graph showing the current generation duration of the electrode catalyst according to the present invention.
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